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1、经典三极管与场效应管的 比较 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 第2章 晶体三极管和场效应管 教学重点 1掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。 2熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要参数及温度对参数的影响。 3了解MOS管的工作原理、特性曲线和主要参数。 教学难点 1晶体三极管的放大作用 2输入、输出特性曲线及主要参数 学时分配 2.1 晶体三极管 晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。 特点：管内有两种载流子参与导电。 2.1.1 一、晶体三极管的基本结构 1三极管的外形：如图2.1.1所示。 23三极管的结
2、构：如图2.1.2所示。 晶体三极管有三个区发射区、 基区、集电区； 两个PN结发射结(BE结)、集 电结(BC结)； 三个电极发射极e(E)、基极 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 b(B)和集电极c(C)； 两种类型PNP型管和NPN型管。 工艺要求： 发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。 二、晶体三极管的符号 晶体三极管的符号如图2.1.3所示。 箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。 文字符号：V 三、晶体三极管的分类 1三极管有多种分类方法。 按内部结构分：有NPN型和PNP型管； 按工作频率分：有低频和高频管； 按功率分：有小功率和大功率管
3、； 按用途分：有普通管和开关管； 按半导体材料分：有锗管和硅管等等。 2国产三极管命名法：见电子线路P249附录二。 例如：3DG表示高频小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关锗三极管等。 2.1.2 三极管的工作电压和基本连接方式 一、晶体三极管的工作电压 三极管的基本作用是放大电信号；工作在放大状态的外部条件是发射结加正向电压，集电结加反向电压。 图2.1.4 三极管电源的接法 如图2.1.4所示：V为三极管，GC为集电极电源，GB为基极电源，又称偏置电源，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。 二、晶体三极管在电路中的基本连接方式 如图2.1.5
4、所示，晶体三极管有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。 12 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 图2.1.5 三极管在电路中的三种基本联接方式 2.1.3 三极管内电流的分配和放大作用 一、电流分配关系 动画 三极管的电流分配关系 测量电路如图2.1.6所示：调节电位器RP，测得发射极电流IE、基极电流IB和集电极电流IC的对应数据如表2.1.1所示。 表2.1.1 由表2.1.1可见，三极管中电流分配关系如下： IE?IC?IB (2.1.1) 因IB很小，则 IC?IE ? (2.1.2) 说明： 1IE?0时，IC?IB?ICBO。 ICBO称
5、为集电极基极反向饱和电流，见图2.1.7(a)。一般ICBO很小，与温度有关。 2IB?0时，IC?IE?ICEO。 ICEO称为集电极发射极反向电流，又叫穿透电流，见图2.1.7(b)。 ICEO越小，三极管温度稳定性越好。硅管的温度稳定性比锗管好。 二、晶体三极管的电流放大作用 动画 三极管的电流放大作用 由表2.1.1得出 ?IC?IB ? 0.58mA0.01mA ?58 结论： 13 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 1三极管有电流放大作用基极电流微小的变化，引起集电极电流IC较大变化。 2交流电流放大系数?表示三极管放大交流电流的能力 ?IC ?IB IC IB (2.1.3
6、) 3直流电流放大系数?表示三极管放大直流电流的能力 ? (2.1.4) 4通常，?，所以IC?IB可表示为 IC?IB (2.1.5) 考虑ICEO，则 IC?IB?ICEO (2.1.6) 2.1.4 三极管的输入和输出特性 一、共发射极输入特性曲线 动画 三极管的输入特性 输入特性曲线：集射极之间的电压VCE一定时， 发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线，如 图2.1.9所示。由图 1当VCE?2?V时，特性曲线基本重合。 2当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截止 状态； 3当VBE大于门槛电压(硅管约0.5?V，锗管约 0.2?V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。 4三极
7、管导通后，VBE基本不变。硅管约为 0.7?V，锗管约为0.3?V，称为三极管的导通电压。 5VBE与IB成非线性关系。 二、晶体三极管的输出特性曲线 动画 三极管的输出特性 输出特性曲线：基极电流IB一定时，集、射极 之间的电压VCE与集电极电流IC的关系曲线，如图 2.1.10所示。 由图可见：输出特性曲线可分为三个工作区。 1截止区 条件：发射结反偏或两端电压为零。 特点：IB?0，IC?ICEO。 2饱和区 条件：发射结和集电结均为正偏。 特点：VCE?VCES。 14 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 称为饱和管压降，小功率硅管约0.3?V，锗管约为0.1?V。 3放大区 条件
8、：发射结正偏，集电结反偏。 特点：IC受IB控制，即?IC?IB。 VCES 在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。 2.1.5 三极管主要参数 三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。 一、共发射极电流放大系数 1直流放大系数?。 2交流放大系数?。 电流放大系数一般在10?100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取30?80为宜。 二、极间反向饱和电流 1集电极基极反向饱和电流ICBO。 2集电极发射极反向饱和电流ICEO。 ICEO?(1?)ICBO (2.1.7) 反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态不稳定的主
9、要因素。因此，常把它作为判断管子性能的重要依据。硅管反向饱和电流远小于锗管，在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。 三、极限参数 1. 集电极最大允许电流ICM 三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子性能将显著下降，并有可能烧坏管子。 2. 集电极最大允许耗散功率PCM 当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。 3. 集电极发射极间反向击穿电压V(BR)CEO 管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电压击穿，若电击穿导致热击穿会损坏管子。 2.1.6 三极管的简单测试 一、硅管或锗管的判别 判别电路如图2.1.11所示。
10、 当V?0.6?0.7?V时，为硅管；当V?0.1?0.3V时，为锗管。 15 图2.1.11 判别硅管和锗管的测试电路 图2.1.12 估测?的电路 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 二、估计比较?的大小 NPN管估测电路如图2.1.12所示。 万用表设置在R?1k?挡，测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。前后两个读数相差越大，说明管子的?越高，即电流放大能力越大。 估测PNP管时，将万用表两只表笔对换位置。 三、估测ICEO NPN管估测电路如图2.1.13所示。所测阻值越大，说 明管子的ICEO越小。若阻值无穷大，三极管开路；若阻值 为零，三极管短路。 测PNP型管时，红、黑表笔
11、对调，方法同前。 四、NPN管型和PNP管型的判断 将万用表设置在R?1?k?或R?100?挡，用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b)，红表笔分别和另外两个管脚相 接，如果测得两个阻值都很小，则 黑表笔所连接的就是基极，而且是 NPN型的管子。如图2.1.14(a)所 示。如果按上述方法测得的结果均 为高阻值，则黑表笔所连接的是 PNP管的基极。如图2.1.14(b)所 示。 五、e、b、c三个管脚的判断 首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测?值的方法判断c、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发射极)接入电路，记下欧姆表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，
12、并记下欧姆表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e，如图2.1.12所示。测PNP管时，只要把图2.1.12电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。 2.2 场效应管 场效应管：是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。 特点：管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。 2.2.1 结型场效应管 一、结构和符号 N沟道结型场效应管的结构、符号如图2.2.1所示；P沟道结型场效应管如图2.2.2所示。 特点：由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。漏极和源极具有互换性。 16 电子线路配套多媒体CAI课件 电子教案 工作条件：两个PN结加反向电压。 图2.2.1 .N沟道结型场效应管 图2.2.2 P沟道结型场效应管 二、工作原理 动画 结型场效应管的工作原理 以N沟道结型场效应管为例，原理电路如图2.2.3所示。工作原理如下： GDS?0；GGS?0。在漏源电压VDS不变条件下， 改变栅源电压VGS，通过PN结的变化，控制沟
